KR101034973B1

KR101034973B1 - 프리캐스트 블록 연결에 의한 타이드 아치 형상의 복합거더교량 및 그 시공방법

Info

Publication number: KR101034973B1
Application number: KR1020080053551A
Authority: KR
Inventors: 박경훈; 손윤기
Original assignee: 한국건설기술연구원
Priority date: 2008-06-09
Filing date: 2008-06-09
Publication date: 2011-05-17
Anticipated expiration: 2028-06-09
Also published as: KR20090127524A

Abstract

본 발명은 교량의 거더를 공장제작을 통해 운반이 용이한 일정 크기의 블록 형태로 거더를 사전 제작하고, 현장에서 블록을 연결하여 교량건설을 하는 프리캐스트 블록 연결에 의한 타이드 아치 형상의 복합거더 교량 및 그 시공방법에 관한 것이다.

본 발명은, 외부 강재의 내부에 거더 콘크리트들이 충진되는 상태로 공장에서 분할 제작되고, 현장에서 거더 콘크리트 간의 연결 및 강재 간의 연결이 이루어지는 다수의 거더 세그멘트; 상기 조립된 거더 세그멘트의 거더 콘크리트 접합면에 형성되어 전단력에 저항하는 전단키(shear key)부; 상기 조립된 거더 세그멘트의 상단 내부에 삽입되어 초기 압축 응력이 도입되고 긴장력을 제공하는 내부 긴장재; 및 상기 조립된 거더 세그멘트의 하단에 삽입되어 긴장력을 제공하는 외부 긴장재;를 포함하여 공장에서 거더 세그멘트의 제작이 이루어지고, 교량 현장에서 조립 연결이 이루어지는 프리캐스트 블록 연결에 의한 타이드 아치 형상의 복합거더 교량을 제공한다.

프리캐스트 블록, 복합거더 교량, 거더 콘크리트, 거더 세그멘트, 타이드 아치 형상

Description

프리캐스트 블록 연결에 의한 타이드 아치 형상의 복합거더 교량 및 그 시공방법{BRIDGE AND ITS CONSTRUCTION METHOD USING TIDE ARCH HYBRID GIRDERS BY CONNECTING PRECAST BLOCKS}

본 발명은 콘크리트, 강재, 긴장재를 포함하는 아치형상의 복합 거더를 이용한 교량 및 그 시공방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 교량의 거더를 가설현장이 아닌 설비가 갖추어진 공장제작을 통해 운반이 용이한 일정 크기의 블록 형태로 거더를 사전 제작하고, 현장에서 블록을 연결함으로써 교량건설을 위한 시간을 단축하고 품질관리를 용이하게 하여 작업성 및 시공성을 향상시키며, 결과적으로 급속시공 및 경제적인 건설이 가능하도록 하는 프리캐스트 블록 연결에 의한 타이드 아치 형상의 복합거더 교량 및 그 시공방법에 관한 것이다.

근래 들어 종래 교량의 노후화로 인해 발생되는 교량의 교체수요와 도심지 입체교차로의 건설수요가 증가하면서 종래 도로시설물의 통행제한을 최소화하면서 빠른시간 안에 교량을 가설하기 위한 방법이 적용되고 있다.

종래의 교량용 거더(Girder)는 슬래브(slab)의 자중과 상기 슬래브에 작용하는 하중을 지지하며, 작용하는 하중을 교량 하부구조물인 기둥 또는 교각에 전 달하는 역할을 하는 교량용 구조부재로서, 교량용 거더의 제작은 종래 강재거더, 콘크리트거더 또는 강재와 콘크리트를 합성시킨 상태에서 그 내부에 긴장재를 설치하여 추가적으로 압축 프리스트레스가 도입되어 제작되기도 한다.

종래의 교량용 거더 형식으로 많이 사용되고 있는 강박스 거더(Steel Box Girder)는 박스를 구성하는 강재로 제작된 주부재 뿐만 아니라 내부의 가로 리브, 세로리브, 수직 및 수평보강재 등 모든 보강재를 강재만으로 구성시켜 제작된 거더라 할 수 있다.

하지만 이러한 각 부재 및 보강재의 연결을 위하여 용접이 필요하므로, 용접량 및 시간이 크게 소요되며, 강재만으로 구성되어 차량의 운행에 수반되는 진동으로 인해 피로수명이 저하되고, 소음의 발생으로 도심지역의 공해를 유발시킨다는 문제점이 있었다.

또한 작용하는 하중에 의한 압축력과 인장력을 모두 강재가 부담하므로 경제적으로나 역학적으로 불리한 단면구조라는 문제점이 있었다.

다른 종래의 구조로서 철근콘크리트 거더(Reinforcerd Concrete Girder, RC거더) 또는 프리스트레스트 콘크리트거더(Prestressed Concrete Girder, PSC 거더)의 경우에는, 강박스 거더보다 초기비용이 적게 들기는 하지만, 콘크리트가 상당량 사용되는 관계로, 필연적으로 철근의 배근과 거푸집의 설치 및 해체가 수반되며, 이로 인해 많은 인력과 시간이 투입되어야 하며, 하중의 작용과 환경의 영향으로 콘크리트의 균열과 철근부식 등의 열화를 피할 수 없으며 이로 인해 유지관리가 어렵고 공용수명이 단축된다는 문제점이 있었으며, 무엇보다도 강박스 거 더에 비해 자중이 커 장지간으로 시공하기에 어려운 문제점이 있었다.

이러한 RC 거더와 PSC 거더의 단점을 보완하기 위하여, 내부에 형성된 RC 거더의 외부에 거푸집 겸용 보강재가 둘러싼 합성거더가 개발되었다. 그러나 이와 같은 합성거더는 단순히 철근이 배근된 RC 거더의 외부에 강재(보강재)를 둘러싼 형식으로써 내부의 콘크리트가 인장에 저항하지 못하므로, 불필요한 인장 측 콘크리트의 사용에 의해 자중이 크게 되며, 내부 인장측 보강을 위하여 철근 배근이 필요하므로 장지간의 거더로서, 큰 상부하중을 지지하는 교량용 거더로는 적합하지 않다는 한계가 있다.

이에 종래 교량용 거더들의 단점인 고비용, 구성재료의 저효율성, 유지관리의 어려움 등을 개선하기 위하여 강박스 거더에 비해 강재량, 용접량을 현격히 줄일 수 있으며, RC 거더나 PSC 거더와 같이 콘크리트를 위한 거푸집, 철근 배근 작업이 불필요하여 콘크리트 부재의 유지관리가 필요 없는 교량용 아치형 복합거더가 소개되어 있다.

이러한 종래의 복합 거더 교량(200)은 도 1a)에 도시된 바와 같이, 아치의 압축에 대한 저항 특성과 긴장재의 인장에 대한 저항 특성을 결합시키되, 강재와 콘크리트가 가지는 재료의 역학적 장점이 최대한 발휘될 수 있도록 하고, 시공 단계별 긴장력을 도입하여 낮은 형고 대 지간장의 비를 가지면서도 상대적으로 장지간이 시공이 가능하고 경제적이고 미관이 수려하다는 장점이 있다.

이와 같은 종래의 복합 거더 교량(200)은 보통 내부에 중공부(210)가 형성되어 있는 구조인데, 이는 도 1b),c)에 도시된 바와 같은 종래의 거더 교량(200) 에서는 중앙부 응력제어를 위하여 거더 상단에 내부 긴장재(220)를 설치할 경우, 콘크리트가 전 구간에 걸쳐 존재하지 않으므로, 중앙부 콘크리트에만 내부 긴장재(220)를 배치하게 한다. 또는 거더의 전체 구간에 내부 긴장재(220)를 설치할 경우, 강재로 형성된 중공부의 강재에 압축력이 도입되므로 강재 단면이 크게 증대되어 경제성이 낮아지는 결과를 가져온다.

한편 이러한 종래의 복합거더를 이용한 교량시공방법(250)의 공정을 살펴보면 도 2에 도시된 바와 같이, 먼저 공장에서 외부강재를 제작하는 단계(252)가 이루어진다.

이러한 외부강재는 아치형상으로 강재(판)를 절단, 가공하여 아치 형상으로 조립 및 용접시켜 제작하게 된다. 그리고 그 상부면에 전단 연결재(스터드)를 부착시키고, 양 단부면에 정착부(긴장재, 정착장치 등)를 설치하게 된다.

일정 길이로 분할하여 제작(세그별 제작)된 외부강재는 가조립을 통해 현장 등에서 접합시에 문제가 발생하지 않도록 한다.

그리고 강재의 공장제작시에 거더 내부 콘크리트의 충진을 위하여 양단부 및 중공부가 형성된 아치 리브 콘크리트의 상부면은 강판으로 완전 폐합하지 않거나 구멍을 형성하여 콘크리트의 타설 통로로 이용하고 거더 중앙부 상부 강판에도 콘크리트의 타설을 위한 구멍을 형성한다.

다음으로는 교량 시공 현장에 외부강재를 운반하는 단계(254)를 거쳐, 현장작업장에서 조립한 후 타설 구멍을 통해 그 내부에 거더 콘크리트를 타설하는 단계(256)가 이루어지고, 이러한 거더 콘크리트가 양생되면 긴장재를 삽입 설치하 고, 1차로 단부 정착구에서 긴장, 정착하는 단계(258)가 이루어진다.

이와 같은 상태에서 복합 거더가 제작되면, 이를 현장작업장으로부터 교량 가설위치로 크레인 등을 이용하여 이동하는 단계가 이루어진다.

그리고 교량 가설위치에서 복합거더를 교대 또는 교각 사이 등에 거치하여 설치하고, 다음으로는 슬래브거푸집의 설치와 철근 배근의 단계를 거처 슬래브 콘크리트를 타설하고 양생하는 단계(260)가 이루어지고, 다음으로는 거치된 상태에서 긴장재를 2차로 긴장, 정착시키는 단계(262)가 이루어진다.

하지만, 위와 같은 여러 장점을 가진 복합거더를 이용한 교량을 가설하는데 있어서 위와 같은 단면 형상과 시공 절차를 따르는 경우, 교량 건설현장에서 거더 콘크리트 타설이 이루어지므로 도로시설물의 통행제한이 필요하고, 교량 가설시간이 오래 걸린다는 문제점들이 발생할 수 있다.

따라서 최근 개발된 타이드아치 형상의 복합거더를 이용하여 교량의 급속시공을 위한 기술의 개발이 요구되었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 그 목적은

복합 거더 교량을 제작하되, 공장에서 프리캐스트 거더 세그멘트 형태로 분절하여 강형 제작 및 콘크리트 충진을 완료한 후, 현장으로 이동하여 콘크리트의 접합 및 강재를 연결하고, 긴장재만의 도입만으로 보다 빠른 시간 안에 교량 건설이 가능하도록 한 프리캐스트 블록 연결에 의한 타이드 아치 형상의 복합거더 교량 및 그 시공방법을 제공함에 있다.

그리고 본 발명은 다른 목적으로서 현장의 신속한 조립 설치가 가능함으로써 교통 흐름의 저해를 최소화하고, 시공의 용이성을 높이며, 공사기간의 단축을 통한 원가절감을 기대할 수 있으며, 공장제작 제품으로 품질관리가 용이하여 보다 효율적이고, 경제적인 시공을 기대할 수 있는 프리캐스트 블록 연결에 의한 타이드 아치 형상의 복합거더 교량 및 그 시공방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 아치형상의 복합 거더를 이용한 교량에 있어서,

외부 강재의 내부에 거더 콘크리트들이 충진되는 상태로 공장에서 분할 제작되고, 현장에서 거더 콘크리트 간의 연결 및 강재 간의 연결이 이루어지는 다수의 거더 세그멘트;

상기 조립된 거더 세그멘트의 거더 콘크리트 접합면에 형성되어 전단력에 저항하는 전단키부;

상기 조립된 거더 세그멘트의 상단 내부에 삽입되어 초기 압축 응력이 도입되고 긴장력을 제공하는 내부 긴장재; 및

상기 조립된 거더 세그멘트의 하단에 삽입되어 긴장력을 제공하는 외부 긴장재;를 포함하여 공장에서 거더 세그멘트의 제작이 이루어지고, 교량 현장에서 조립 연결이 이루어지는 것임을 특징으로 하는 프리캐스트 블록 연결에 의한 타이드 아치 형상의 복합거더 교량을 제공한다.

또한 본 발명은 바람직하게는 상기 거더 세그멘트의 상부 플랜지는 그 상하로 돌출된 다수의 전단 연결재들을 포함하여 상기 거더 콘크리트와 슬래브 콘크리트의 일체화가 이루어지는 것임을 특징으로 하는 프리캐스트 블록 연결에 의한 타이드 아치 형상의 복합거더 교량을 제공한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 아치형상의 복합 거더를 이용하여 교량을 시공하는 방법에 있어서

공장에서 외부 강재를 다수의 분할 세그멘트로 제작하는 단계;

상기 각각의 분할 세그멘트의 외부 강재에 충진 콘크리트를 타설하여 양생시키는 단계;

상기 외부 강재의 내부에 거더 콘크리트들이 충진된 다수의 거더 세그멘트를 공장으로부터 교량 현장으로 이송하는 단계;

상기 거더 세그멘트들을 조립하고, 상단에 내부 긴장재를 도입하여 긴장시 키고, 하단에 외부 긴장재를 도입하여 1차 긴장시켜 서로 연결하는 단계;

상기 연결된 거더 세그멘트를 교대 또는 교각의 상부에 설치하고 슬래브를 시공하는 단계; 및

상기 외부 긴장재를 이용하여 2차 긴장력을 부여하는 단계;를 포함하여 공장에서 거더 세그멘트의 제작이 이루어지고, 교량 현장에서 조립 연결이 이루어지는 것임을 특징으로 하는 프리캐스트 블록 연결에 의한 타이드 아치 형상의 복합거더 교량의 시공방법을 제공한다.

그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 외부 강재를 제작하는 단계는 그 상부 플랜지면에 상하로 돌출하는 다수의 전단 연결재를 돌출형성시키고, 내부 긴장재와 외부 긴장재를 도입하기 위한 쉬스(sheath)관을 설치하는 것임을 특징으로 하는 프리캐스트 블록 연결에 의한 타이드 아치 형상의 복합거더 교량의 시공방법을 제공한다.

또한 본 발명은 바람직하게는 상기 거더 콘크리트를 충진시키는 단계는 외부 강재의 내부에 거더 콘크리트를 완전 충진시키고, 상기 거더 콘크리트의 접합면에는 전단키를 형성하는 것임을 특징으로 하는 프리캐스트 블록 연결에 의한 타이드 아치 형상의 복합거더 교량의 시공방법을 제공한다.

그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 거더 콘크리트를 충진시키는 단계는 외부 강재의 단면형상을 유지시켜주기 위하여 외부보강재를 시공한 후에 콘크리트 타설이 이루어지는 것임을 특징으로 하는 프리캐스트 블록 연결에 의한 타이드 아치 형상의 복합거더 교량의 시공방법을 제공한다.

또한 본 발명은 바람직하게는 상기 내부 긴장재를 긴장시키는 단계는 초기 압축응력을 도입하여 연속교에서 부 모멘트에 대한 제어가 가능한 것임을 특징으로 하는 프리캐스트 블록 연결에 의한 타이드 아치 형상의 복합거더 교량의 시공방법을 제공한다.

본 발명에 의하면 공장에서 프리캐스트 거더 세그멘트 형태로 분절하여 강형 제작 및 콘크리트 충진을 완료한 후, 현장으로 이동하여 콘크리트의 접합 및 강재를 연결하고, 긴장재의 도입만으로 교량 건설이 가능하기 때문에 빠른 시간 안에 교량의 건설이 가능한 효과가 얻어진다.

그리고 본 발명에 의하면 현장의 신속한 조립 설치가 가능함으로써 교통 흐름의 저해를 최소화하고, 시공의 용이성을 높이며, 공사기간의 단축을 통한 원가절감을 기대할 수 있으며, 공장제작 제품으로 품질관리가 용이하여 보다 효율적이고, 경제적인 시공을 얻을 수 있는 우수한 효과가 얻어진다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 프리캐스트 블록 연결에 의한 타이드 아치 형상의 복합거더 교량(1)은 도 3에 도시된 바와 같이, 아치형상의 복합 거더(5) 구조로 이루어지고, 공장에서 거더 세그멘트(10a)(10b)(10c)들의 제작이 이루어지며, 교량 현장에서 조립 연결이 이루어지는 구조이다.

본 발명에 따른 프리캐스트 블록 연결에 의한 타이드 아치 형상의 복합거더 교량(1)은 다수의 거더 세그멘트(10a)(10b)(10c)들이 서로 연결되어 조립 설치되는데, 상기 거더 세그멘트(10a)(10b)(10c)들은 외부 강재(12)의 내부에 거더 콘크리트(14)들이 충진되는 상태로 공장에서 분할 제작되고, 현장으로 운반된 다음, 거더 콘크리트(14) 간의 연결 및 강재(12) 간의 연결이 이루어진다.

도 3에서는 이와 같은 본 발명에 따른 프리캐스트 블록 연결에 의한 타이드 아치 형상의 복합거더 교량(1)에서 강재(12)의 일부가 제거되어 거더 콘크리트(14) 블록들이 서로 접합된 것을 도시하고 있는데, 이와 같은 거더 콘크리트(14) 블록들은 외부 강재(12)의 내부에 빈 공간이 없이 완전 충진된 타입이다.

종래의 아치형상으로 제작된 복합거더 교량(200)은 폐합 단면의 외부강재와 그 내부에서 중공부(210)로 배제된 공간에 콘크리트가 채워지는 형태로 제작되기 때문에 본 발명과 같이 분절제작하여 연결하는 것이 거의 불가능하다. 그러나 중공부(210)가 없이 아치형상의 외부 강재(12) 전체에 거더 콘크리트(14)를 충진하게 되면 분절제작에 따른 연결을 용이하게 할 수 있게 된다.

이러한 형태는 중공부(210)의 형성을 위한 외부 강재(12) 및 용접량이 저감되어 강재(12) 중량의 최적화에 유리하며, 강재 중공부가 없이 거더 콘크리트(14)와 합성됨에 있어서 내구성이 증대되고 유지보수의 필요성이 감소되며, 단면의 강성이 큰 구조체를 구성할 수 있다. 또한 외부 강재(12)의 상부 플랜지(50) 일부를 개방형으로 구성하여 콘크리트의 타설 및 다짐을 용이하게 할 수 있어, 시공성이 우수하게 된다.

한편 본 발명에 따른 프리캐스트 블록 연결에 의한 타이드 아치 형상의 복합거더 교량(1)은 상기와 같이 전체 충진 단면으로 이루어지므로, 거더 콘크리트(14)의 양이 늘게 되므로 자중(自重)에 의한 휨 모멘트가 중공부(210)를 형성하고 있는 종래 형태와 비교하여 크게 발생하게 된다.

이로 인해 거더(5) 하단의 외부 긴장재(30)의 물량과 긴장력을 증가시킬 수 있어 중앙부에서의 휨 강성을 증대시킬 수 있으나, 중앙부 콘크리트 단면의 인장 응력을 제어하는 것이 곤란하게 된다. 따라서 중앙부 단면에서의 인장응력을 제어하기 위하여 거더(5) 상단에 내부 긴장재(20)를 설치하여 초기 압축 응력(prestress)을 도입함으로써 하단 외부 긴장재(30)의 효율성을 높일 수 있다. 거더(5) 상단의 내부 긴장재(20)는 분절제작된 거더 세그멘트(10a)(10b)(10c)의 연결을 공고히 해주는 역할 또한 수행하게 된다.

그리고 본 발명에 따른 프리캐스트 블록 연결에 의한 타이드 아치 형상의 복합거더 교량(1)은 도 4a),b)에 도시된 바와 같이, 상기 조립된 거더 세그멘트(10a)(10b)(10c)의 거더 콘크리트(14) 접합면에 형성되어 전단력에 저항하는 전단키부(40)를 포함한다.

이와 같은 전단키부(40)는 거더 콘크리트(14)의 접합면 일측에 단일의 볼록 키(42)가 형성되고, 이에 대향하는 거더 콘크리트(14)의 접합면에 상기 볼록 키(42)에 대응하는 키홈(44)이 형성되어 서로 일치되는 구조일 수 있다. 다르게는 거더 콘크리트(14)의 접합면 일측에 다수의 볼록 키(42a)가 형성되고, 이에 대향하는 거더 콘크리트(14)의 접합면에 상기 볼록 키(42a)에 대응하는 다수의 키 홈(44a)이 형성되어 서로 일치되는 구조일 수 있다. 이와 같은 전단키부(40)는 교량(1)에 가해지는 전단력에 대해 효과적으로 저항하는 것이다.

또한 본 발명에 따른 프리캐스트 블록 연결에 의한 타이드 아치 형상의 복합거더 교량(1)은 도 5에 도시된 바와 같이 상기 조립된 거더 세그멘트(10a)(10b)(10c)의 상단 내부에 삽입되어 초기 압축 응력이 도입되고 긴장력을 제공하는 내부 긴장재(20) 및 상기 조립된 거더 세그멘트(10a)(10b)(10c)의 하단에 삽입되어 긴장력을 제공하는 외부 긴장재(30)를 포함하는 구조이다.

이와 같은 내부 긴장재(20)는 다수의 강선으로 이루어지며, 이들은 거더 세그멘트(10a)(10b)(10c)의 상단에 마련된 쉬스관(22)을 통하여 삽입되어 긴장력이 도입되며, 전체 거더 세그멘트(10a)(10b)(10c)의 내부에 내장된다. 이와 같은 내부 긴장재(20)는 거더 세그멘트(10a)(10b)(10c)의 연결을 견고히 해주는 것이다.

또한 외부 긴장재(30)는 교량 양측 단부의 교량 세그멘트(10a)(10c)의 내부에 설치된 관에 내장되며, 중앙 아치 부의 거더 세그멘트(10b)에서는 하부측으로 외부에 노출되어 설치된다.

그리고 상기 거더 세그멘트(10a)(10b)(10c)의 상부 플랜지(50)에는 도 6a),b)에 도시된 바와 같이, 그 상하로 돌출된 다수의 전단 연결재(52)들을 포함하여 상기 거더 콘크리트(14)와 슬래브 콘크리트(60)의 일체화가 이루어지도록 하는 것인데, 상기 전단 연결재(52)들은 상부 플랜지(50)를 관통하여 상하로 일정길이 연장된다.

이와 같은 구조를 통하여 이후에 설명되는 바와 같이 슬래브 콘크리트(60) 와 거더(5)를 서로 견고히 연결하여 일체화가 이루어지도록 한다.

또한 이와 같이 거더(5) 형상의 좌우측 단부 거더 세그멘트(10a)(10c)를 제작하는데 있어서 거더(5) 하단에 외부 긴장재(30)의 설치를 위한 쉬스관(32)을 거더(5) 내부에 설치해야한다. 상단의 내부 긴장재(20) 설치를 위해서는 좌우측 단부 및 중앙부 거더 세그멘트(10b) 전체에 걸쳐 쉬스관(22)을 배치하여야 한다.

상기 거더 세그멘트(10a)(10b)(10c) 상단의 내부 긴장재(20) 설치를 위한 쉬스관(22)의 배치는 거더 강재(12)의 상부 플랜지(50)에 설치되는 전단 연결재(52)를 상부 플랜지(50)에 구멍(54)을 뚫어 거더(5) 내부까지 연장하여 쉬스관(22)을 연결 한 후, 강재 복부에 용접함으로써 긴장재 쉬스관(22)의 고정을 위한 추가장치나 별도의 작업이 불필요하도록 하여 공정을 단순화할 수 있다.

또한 거더 강재(12)의 상부 플랜지(50)에 설치되는 전단 연결재(52)를 거더(5) 내부까지 연장함으로써 슬래브 콘크리트(60)와 거더(5)가 완전 합성 거동을 이룰 수 있게 된다.

이하, 본 발명에 따른 프리캐스트 블록 연결에 의한 타이드 아치 형상의 복합거더 교량의 시공방법(100)에 대하여, 도 8을 참조하여 단계적으로 보다 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 프리캐스트 블록 연결에 의한 타이드 아치 형상의 복합거더 교량의 시공방법(100)은 먼저 공장에서 외부 강재(12)를 다수의 분할 세그멘트(10a)(10b)(10c)로 제작하는 단계(110)가 이루어진다. 이와 같은 다수의 분할 세그멘트(10a)(10b)(10c)로 제작하는 단계(110)는 단지 사례를 보여주기 위하여 아치형 복합 거더(5)를 좌측 단부, 중앙부, 우측 단부의 3개로 구성된 거더 세그멘트(10a)(10b)(10c)로 구성하는 것으로 가정한다.

그러나 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 거더(5)의 전체 길이에 따라 거더 세그멘트(10a)(10b)(10c) 개수 및 각각의 길이는 조정이 가능한 것임을 미리 밝혀두고자 한다.

그리고 이와 같이 다수의 외부 강재(12)를 제작하는 단계는 강재(12)의 절단, 용접 등을 이용하여 각 거더 세그멘트(10a)(10b)(10c)의 형상으로 외부강재(12)를 제작한다. 상기 강재(12)의 내부에는 충진되는 거더 콘크리트(14)와의 합성을 위하여 연결재(미 도시)를 설치한다.

또한 상기 좌우측 단부 거더 세그멘트(10a)(10c)의 경우, 단부쪽의 콘크리트 물량이 많으므로 강재(12)의 변형을 방지하기 위하여 보강재(70)를 추가하거나 강재(12) 내부에서 서로를 잡아주는 2차적인 연결재 등을 필요로 하는 것이 일반적이나, 본 발명에서는 공장제작을 통해 거푸집 역할을 수행하는 외부 강재(12) 내부에 콘크리트 타설시, 도 7에 도시된 바와 같이, 강재(12)의 외부에서 지지하는 임시 가설보강재(70)를 설치하여 이러한 추가 부재의 적용이 필요 없도록 하여, 강재(12) 및 용접량을 줄이고 공정을 단순화하여 신속하고 용이한 공장 제작이 가능하도록 한다.

또한 상기 가설보강재(70)를 촘촘히 설치하여 상대적으로 얇은 강재(12) 두께로 거더 세그멘트(10a)(10b)(10c)를 제작할 수 있도록 하여 전체적인 강재(12) 물량을 줄여 경제적인 효과를 최대화할 수 있다.

상기 가설보강재(70)는 거더 세그멘트(10a)(10b)(10c)의 길이와 단면크기, 아치 리브의 선형에 따라 높낮이 및 폭의 조정이 가능하도록 하여 다양한 제원의 거더(5)를 효율적으로 공장 제작할 수 있다.

또한 이와 같이 강재(12)를 이용하여 거더(5) 형상의 좌우측 단부 거더 세그멘트(10a)(10c)를 제작하는 과정에서 그 상부 플랜지(50)면에 상하로 돌출하는 다수의 전단 연결재(52)를 돌출형성시키고, 내부 긴장재(20)와 외부 긴장재(30)를 도입하기 위한 쉬스 관(22)(32)을 설치하게 된다.

이와 같은 경우 거더(5) 하단에 외부 긴장재(30)의 설치를 위한 쉬스관(32)을 거더(5) 내부에 설치하고, 상단의 내부 긴장재(20) 설치를 위해서는 좌우측 단부 및 중앙부 거더 세그멘트(10b) 전체에 걸쳐 쉬스관(22)을 배치하여야 한다.

상단의 내부 긴장재(20) 설치를 위한 쉬스관의 배치는 거더 강재(12)의 상부 플랜지(50)에 설치되는 전단 연결재(52)를 상부 플랜지(50)에 구멍(54)을 뚫어 거더(5) 내부까지 연장하여 긴장재 쉬스관(22)을 연결 한 후, 강재(12) 복부에 용접한다. 또한 거더 강재(12) 상부 플랜지(50)에 설치되는 전단 연결재(52)를 거더(5) 내부까지 연장함으로써 거더 콘크리트(14)와 슬래브 콘크리트(60)가 완전 합성거동을 이룰 수 있도록 한다.

그리고 본 발명에 따른 프리캐스트 블록 연결에 의한 타이드 아치 형상의 복합거더 교량의 시공방법(100)은 다음으로 상기 각각의 분할 세그멘트(10a)(10b)(10c)의 외부 강재(12)에 충진 콘크리트를 타설하여 양생시키는 단계(112)가 이루어진다.

이와 같이 거더 콘크리트(14)를 충진시키는 단계(112)는 외부 강재(12)의 내부에 거더 콘크리트(14)를 완전 충진시키고, 상기 거더 콘크리트(14)의 접합면에는 전단키부(40)를 형성하게된다. 또한 상기 거더 콘크리트(14)를 충진시키는 단계(112)는 외부 강재(12)의 단면형상을 유지시켜주기 위하여 외부보강재(70)를 시공한 후에 콘크리트 타설이 이루어지는 것이다.

즉 상기 거더 콘크리트(14)를 충진시키는 단계(112)는 상기 좌우측 단부 거더 세그멘트(10a)(10c)와 중앙부 거더 세그멘트(10b)가 연결되는 단면의 연결을 위해서는 충진 콘크리트와 외부강재(12)의 효율적인 접합방법을 적용하여야 한다. 특히 접합부 단면은 전단응력에 가장 취약하므로 전단력에 충분히 저항할 수 있는 전단키부(shear key)(40)를 도 4a),b)에 도시된 바와 같이, 설치하여야 한다.

이와 같이 전단키부(40)를 설치하는 과정에서 내부 충진 콘크리트의 접합면에 전단키 역할을 충분히 수행할 수 있는 요철이 형성되도록 접합면의 콘크리트 거푸집 역할을 하는 강재(12)에 요철을 형성하여 제작하고, 도 7에 도시된 바와 같이, 가설보강재(70)를 이용하여 단부 접합면에 정착시킨다.

외부강재(12)가 없는 일반 콘크리트 연결방법에서 거더 세그멘트(10a)(10b)(10c) 간의 불연속면의 응력차이로 인해 발생 가능한 균열은, 본 발명에서는 외부강재(12)의 완전폐합으로 그 가능성이 낮아지며, 내부 긴장재(20)에 의한 긴장력의 도입으로 큰 문제가 되지 않게 된다.

또한 접합면에서 강재(12)의 연결이 가능하도록 공장 거더 세그멘트(10a)(10b)(10c)의 제작단계에서 현장연결성을 고려하여 제작하여야 한다. 미리 용접면의 안쪽에 백 플레이트(back plate)(미 도시)를 설치하고 콘크리트를 충진하거나, 전체 거더 세그멘트(10a)(10b)(10c)를 밀착시켜 접합면에 거푸집 및 전단키 생성역할을 수행하는 강재 플레이트를 양측 거더 세그멘트(10a)(10c)의 접합면에 한 개씩만 사용하여 충진 콘크리트를 동시에 타설하여 외부 강재(12)의 용접 면에 대한 정밀도를 높일 수가 있다.

또한 다음으로 본 발명은 상기 외부 강재(12)의 내부에 거더 콘크리트(14)가 충진된 다수의 거더 세그멘트(10a)(10b)(10c)를 공장으로부터 교량 현장으로 이송하는 단계(114)가 이루어진다. 이와 같은 이송 단계(114)는 거더 세그멘트(10a)(10b)(10c)가 중량물임을 고려하여 최대한 안전 수송이 가능하도록 대형 운반차량을 이용하여 현장으로 운반하게 된다.

그리고 현장에 거더 세그멘트(10a)(10b)(10c)들이 도착하면, 상기 거더 세그멘트(10a)(10b)(10c)들을 조립하고, 상단에 내부 긴장재(20)를 도입하여 긴장시키고, 하단에 외부 긴장재(30)를 도입하여 1차 긴장시켜 서로 연결하는 단계(116)가 이루어진다.

본 복합거더 교량이 연속교로 가설되는 경우, 상기 내부 긴장재(20)를 긴장시키는 단계(116)는 부모멘트가 발생하는 지점부에 초기 압축 응력을 도입하여 연속교에서 부 모멘트에 대한 제어가 가능하도록 한다.

이와 같이 교량 현장에서 거더 세그멘트(10a)(10b)(10c)들을 서로 연결하는 단계는 공장 제작된 거더 세그멘트(10a)(10b)(10c)들을 교량 가설현장으로 이동시킨 다음, 접합부의 연결, 상하단 긴장재(20)(30) 설치, 상단의 내부 긴장재(20) 긴장력 도입, 하단 외부 긴장재(30)의 1차 긴장력 도입이 진행된다.

이와 같은 본 발명의 현장 조립 방식은 종래의 아치형 복합거더(5)를 이용한 교량 가설이 있어서 충진 콘크리트의 현장 타설 및 양생 기간을 줄일 수 있어서 공기단축이 가능하고, 계곡, 하천 등 현장조건이 열악한 경우에도 거더 세그멘트(10a)(10b)(10c)의 가설 받침을 이용하여 교량 가설위치에 올려놓은 후에 신속한 작업이 가능하다.

이와 같은 본 발명의 현장 조립 방식은 거더 세그멘트(10a)(10b)(10c)들의 접합 단계를 제외하고는 종래의 아치형 복합거더를 이용한 교량 가설방법과 유사하다.

현장에서 상기 거더 세그멘트(10a)(10b)(10c)들의 연결은 전체 거더 세그멘트(10a)(10b)(10c)를 정확한 연결 위치에 설치하여 거더 콘크리트(14) 및 강재(12)의 접합에 문제가 없는지, 그리고 긴장재의 삽입을 위한 쉬스관(22)(32)의 연결은 확실한지를 확인한다.

그리고 거더 콘크리트(14)의 접합면에 에폭시를 바르고, 상단 내부 긴장재(20)를 삽입하고 긴장을 실시한다. 그 다음 거더 외부 강재(12)의 접합면에 대해서 용접이 용이한가를 확인하고 용접을 실시하여 거더 세그멘트(10a)(10b)(10c)들을 서로 일체로 연결시킨다. 다음으로 용접이 완료되면 하단 외부 긴장재(30)를 1차 긴장시켜서 거더 세그멘트(10a)(10b)(10c)들의 조립 연결을 완료한다.

그 다음으로 본 발명은 상기 연결된 거더 세그멘트(10a)(10b)(10c)를 교대 또는 교각의 상부에 설치하고 슬래브 콘크리트(60)를 시공하는 단계(118)가 이루 어진다. 이와 같이 슬래브 콘크리트(60)를 시공하는 단계(118)는 먼저 바닥판 거푸집을 설치하고, 철근을 배근한 다음, 콘크리트를 타설하여 양생시킨다.

이와 같은 경우, 상기 거더 강재(12)의 상부 플랜지(50)에 마련된 전단 연결재(52)를 이용하여 거더(5)와 슬래브 콘크리트(60)가 완전 합성 거동을 이루도록 하는 것이다. 그리고 이와 같이 슬래브 콘크리트(60)의 타설이 완료된 다음에는 외부 긴장재(30)를 이용하여 2차 긴장력을 부여하는 단계(120)가 이루어지고, 그 다음으로 하단의 포장 및 난간 설치의 순서로 교량(1)을 완성하게 된다.

상기와 같이 본 발명에 따른 프리캐스트 거더 세그멘트(10a)(10b)(10c)를 이용한 교량 건설방법은 위의 사례에서 보여준 단순 거더교의 시공뿐만 아니라, 상단 내부 긴장재(20)로 인해 부모멘트에 대한 저항력을 향상시켜 연속 거더교의 시공에도 용이하게 적용될 수 있다.

또한 본 발명은 아치형 복합 거더(5)를 공장에서 프리캐스트 거더 세그멘트(10a)(10b)(10c)의 형태로 분절하여 강재(12) 제작 및 거더 콘크리트(14) 충진을 완료한 후, 현장으로 이동하여 콘크리트의 접합 및 강재의 연결, 그리고 긴장재의 도입만으로 쉽게 교량 구축이 가능하다. 따라서 강재 내부의 충진 콘크리트의 현장 타설 및 양생을 거침에 따라 현장에서 소요되는 시간을 크게 단축시킬 수 있고, 보다 빠른 시간 안에 교량 건설이 가능한 것이다.

이와 같이 본 발명에 의하면 교량 현장의 교통 흐름의 저해를 최소화하고, 시공의 용이성을 높이며 시공기간의 단축을 기대할 수 있고, 공장제작 제품으로 품질관리가 용이하여 보다 효율적으로 경제적인 시공을 기대할 수 있는 것이다.

본 발명은 상기에서 도면을 참조하여 특정 실시 예에 관련하여 상세히 설명하였지만 본 발명은 이와 같은 특정 구조에 한정되는 것은 아니다. 당 업계의 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술 사상 및 권리범위를 벗어나지 않고서도 본 발명의 실시 예를 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있을 것이다. 그렇지만 그와 같은 단순한 실시 예의 수정 또는 설계변형 구조들은 모두 명백하게 본 발명의 권리범위 내에 속하게 됨을 미리 밝혀 두고자 한다.

도 1은 종래의 기술에 따른 아치 형상의 복합거더 교량을 도시한 도면으로서, a)도는 외관 사시도, b)도는 중앙부분에 내부 긴장재가 도입된 단면도, c)도는 거더 전체 길이에 걸쳐서 내부 긴장재가 도입된 단면도;

도 2는 종래의 기술에 따른 아치 형상의 복합거더 교량의 시공방법을 단계적으로 도시한 플로우 챠트;

도 3은 본 발명에 따른 프리캐스트 블록 연결에 의한 타이드 아치 형상의 복합거더 교량을 도시한 분해 사시도;

도 4는 본 발명에 따른 프리캐스트 블록 연결에 의한 타이드 아치 형상의 복합거더 교량에서 전단키부를 도시한 도면으로서, a)도는 다수의 전단키들을 갖는 구조도, b)도는 단일 전단키를 갖는 구조도;

도 5는 본 발명에 따른 프리캐스트 블록 연결에 의한 타이드 아치 형상의 복합거더 교량을 도시한 단면도;

도 6은 본 발명에 따른 프리캐스트 블록 연결에 의한 타이드 아치 형상의 복합거더 교량의 상부 플랜지 구조를 상세히 도시한 도면으로서, a)도는 사시도, b)도는 각 부분 단면도이다.

도 7은 본 발명에 따른 프리캐스트 블록 연결에 의한 타이드 아치 형상의 복합거더 교량의 제작시 사용되는 외부보강재를 도시한 도면으로서, a)도는 측면도, b)도는 각 부분 단면도이다.

도 8은 본 발명에 따른 프리캐스트 블록 연결에 의한 타이드 아치 형상의 복합거더 교량의 시공방법을 단계적으로 도시한 플로우 챠트이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1...... 프리캐스트 블록 연결에 의한 타이드 아치 형상의 복합거더 교량

5...... 거더 10a,10b,10c.... 거더 세그멘트

12..... 강재 14...... 거더 콘크리트

20..... 내부 긴장재 22,32.... 쉬스관

30..... 외부 긴장재 40..... 전단키부

42,42a..... 볼록 키 42a,44a..... 키홈

50..... 상부 플랜지 52..... 전단 연결재

54..... 구멍 60..... 슬래브 콘크리트

70..... 외부보강재

100..... 본 발명의 복합거더 교량의 시공방법

110..... 외부 강재를 다수의 분할 세그멘트로 제작하는 단계

112..... 충진 콘크리트를 타설하여 양생시키는 단계

114..... 거더 세그멘트를 공장으로부터 교량 현장으로 이송하는 단계

116..... 내부 긴장재를 긴장시키는 단계

118..... 슬래브 콘크리트를 시공하는 단계

120..... 외부 긴장재를 이용하여 2차 긴장력을 부여하는 단계

200..... 종래의 복합 거더 교량 210..... 중공부

220..... 내부 긴장재

250..... 종래의 복합거더를 이용한 교량시공방법

252..... 공장에서 외부강재를 제작하는 단계

254..... 공장으로부터 교량 현장으로 이송하는 단계

256..... 거더 콘크리트를 타설하는 단계

258..... 내부 긴장재의 1차 긴장이 이루어지는 단계

260..... 슬래브 콘크리트를 타설하고 양생하는 단계

262..... 긴장재를 2차로 긴장, 정착시키는 단계

Claims

아치형상의 복합 거더를 이용한 교량에 있어서,

외부 강재의 내부에 거더 콘크리트들이 충진되는 상태로 공장에서 분할 제작되고, 현장에서 거더 콘크리트 간의 연결 및 강재 간의 연결이 이루어지는 다수의 거더 세그멘트;

상기 조립된 거더 세그멘트의 거더 콘크리트 접합면에 형성되어 전단력에 저항하는 전단키부;

상기 조립된 거더 세그멘트의 상단 내부에 삽입되어 초기 압축 응력이 도입되고 긴장력을 제공하는 내부 긴장재; 및

상기 조립된 거더 세그멘트의 하단에 삽입되어 긴장력을 제공하는 외부 긴장재;를 포함하여 공장에서 거더 세그멘트의 제작이 이루어지고, 교량 현장에서 조립 연결이 이루어지며

상기 거더 세그멘트의 상부 플랜지 상하로 돌출된 다수의 전단 연결재(52)들이 형성되도록 하되 상기 전단 연결재(52)들은 상부 플랜지(50)를 관통하여 긴장재 쉬스관(22)에 연결되도록 하는 것임을 특징으로 하는 프리캐스트 블록 연결에 의한 타이드 아치 형상의 복합거더 교량.
삭제
아치형상의 복합 거더를 이용하여 교량을 시공하는 방법에 있어서

공장에서 외부 강재를 다수의 분할 세그멘트로 제작하는 단계;

상기 각각의 분할 세그멘트의 외부 강재에 충진 콘크리트를 타설하여 양생시키는 단계;

상기 외부 강재의 내부에 거더 콘크리트들이 충진된 다수의 거더 세그멘트를 공장으로부터 교량 현장으로 이송하는 단계;

상기 거더 세그멘트들을 조립하고, 상단에 내부 긴장재를 도입하여 긴장시키고, 하단에 외부 긴장재를 도입하여 1차 긴장시켜 서로 연결하는 단계;

상기 연결된 거더를 교대 또는 교각의 상부에 설치하고 슬래브를 시공하는 단계; 및

상기 외부 긴장재를 이용하여 2차 긴장력을 부여하는 단계;를 포함하여 공장에서 거더 세그멘트의 제작이 이루어지고, 교량 현장에서 조립 연결이 이루어지며,

상기 외부 강재를 제작하는 단계는 그 상부 플랜지면에 상하로 돌출하는 다수의 전단 연결재를 돌출 형성시키고, 내부 긴장재와 외부 긴장재를 도입하기 위한 쉬스 관을 설치하되, 상기 전단 연결재는 상부 플랜지를 관통하여 쉬스관(22)에 연결되도록 하는 것임을 특징으로 하는 프리캐스트 블록 연결에 의한 타이드 아치 형상의 복합거더 교량의 시공방법.
삭제
제3항에 있어서, 상기 거더 콘크리트를 충진시키는 단계는 외부 강재의 내부에 거더 콘크리트를 완전 충진시키고, 상기 거더 콘크리트의 접합면에는 전단키를 형성하는 것임을 특징으로 하는 프리캐스트 블록 연결에 의한 타이드 아치 형상의 복합거더 교량의 시공방법.
삭제
제 3항에 있어서, 아치형상의 복합거더를 이용하여 교량을 연속교 형식으로 시공하는 경우, 상기 내부 긴장재를 긴장시키는 단계는 부모멘트가 발생되는 지점부 상단에 초기 압축응력을 도입하여 연속교에서 부 모멘트에 대한 제어가 가능한 것임을 특징으로 하는 프리캐스트 블록 연결에 의한 타이드 아치 형상의 복합거더 교량의 시공방법.